随着我国交通运载工具的保有量快速增长,车辆碰撞和飞机迫降事件层出不穷。加之,我国仍然面临能源紧缺、环境污染等日益严峻的问题。提高结构耐撞性并减轻结构重量对节能减排、环境保护和运载工具碰撞安全等具有重要意义。碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）薄壁结构因具有比强度高、比刚度高和比吸能好等优点被广泛应用于车辆和航空航天结构的耐撞性与轻量化设计。然而,CFRP薄壁结构在压溃或冲击等载荷下的失效模式相当复杂,且难以控制。细微损伤或制造缺陷等可能导致局部屈曲、脆性断裂和层间分层等不稳定的失效模式,会大幅降低结构的耐撞性,从而制约了CFRP薄壁结构在车辆与航空航天中的广泛应用。为了克服以上问题,亟需深入揭示材料和结构的失效机理与吸能特性,并开展CFRP薄壁结构的耐撞性设计,来提高其吸能特性。根据现有先进设计方法,失效触发机制、粘接补丁增强与界面增韧设计对CFRP薄壁结构（或开孔CFRP薄壁结构）吸能的提升具有显著的效果。然而,目前针对这方面的系统研究相对较少,存在较多的问题有待深入研究和探索。本文针对材料行为、结构响应、建模方法、失效模型、分析与设计开展了系统的研究。首先,建立CFRP薄壁结构的微观、细观和宏观损伤模型;其次,研究CFRP薄壁结构的细微观和多尺度失效机理,并揭示典型CFRP薄壁结构在压溃载荷下的结构失效机理与吸能机理;然后,采用失效触发机制设计方法提高CFRP薄壁结构的耐撞性;最后,采用粘接补丁增强与粘接界面增韧相结合的方法改善开孔CFRP薄壁结构的耐撞性。本文开展并完成了以下研究工作:（1）提出CFRP的宏观、细观和微观损伤模型以及细观与微观之间的多尺度耦合方法。结合CFRP组分材料/结构的失效模式和损伤演化特性,首先建立考虑纤维丝和基体的微观损伤模型,再建立纤维束、基体和界面的细观渐进损伤模型。然后,根据多尺度效应,在细观损伤模型中嵌入跨尺度应力传递模型和跨尺度损伤传递模型,提出基于桥联模型的多尺度损伤耦合方法。最后,根据CFRP薄壁结构的均质性和连续性假设等,基于断裂能法提出考虑纵向拉压、横向拉压、剪切失效和层间分层的宏观均质渐进损伤模型。（2）建立CFRP薄壁结构的微观、细观和宏观有限元模型,模拟材料行为和结构响应,揭示材料失效机理和结构失效机理。首先,建立CFRP薄壁结构的微观和细观代表性单胞（RUC）有限元模型,模拟预测CFRP薄壁结构的材料行为。然后,揭示纤维和基体等组分材料的应力分布和损伤演化特性,探索微观与细观纤维之间的多尺度损伤耦合机理。最后,建立典型车辆与航空航天CFRP薄壁结构（如圆管、方管和帽型板）的宏观有限元模型,模拟其在压溃载荷下的耐撞响应,并与相关实验结果进行对比,揭示圆管、方管和帽型板的轴向压溃失效机理以及圆管的斜向压溃失效机理。（3）设计材料属性折减型触发、外部塞子触发以及它们的耦合式触发机制改善CFRP薄壁结构的耐撞性,揭示失效触发机理。首先,提出材料属性单一折减型和梯度折减型触发机制来改善CFRP方管初始阶段的压溃行为。为了使材料充分破坏耗能,提出外部触发机制来诱导渐进压溃失效过程,提高结构吸能。然后,结合倒角触发、槽型外部触发和材料属性梯度折减型触发,设计多重耦合触发机制来进一步提高CFRP方管的耐撞性,并揭示失效触发机理。最后,研究触发机制对开孔CFRP方管压溃失效的诱导作用,分析孔数量、孔边距和孔位置对开孔CFRP方管吸能特性的影响,揭示开孔CFRP方管在合适的触发机制诱导下由中高度断裂向渐进失效模式转变的原理。（4）结合补丁增强与粘接界面增韧设计方法,提升开孔CFRP薄壁结构的力学性能和开孔CFRP方管的耐撞性,揭示补丁增强机理与粘接界面增韧机理。采用粘接补丁方法增强开孔CFRP薄壁结构,设计纯树脂界面、芳纶浆粨（AP）界面、碳纳米管（CNT）界面和AP-RPCCNT界面（RPC:树脂预涂层表面处理）提高粘接界面属性,充分发挥补丁的作用。开展弯曲测试与参数分析模拟研究,对比不同界面对应的结构弯曲性能,分析弯曲失效和粘接界面失效行为。然后,揭示补丁增强机理、粘接界面增韧机理以及RPCCNT表面处理使界面粘结性提高的原理。最后,将粘接补丁增强方法用于提升开孔CFRP方管的耐撞性。采用模拟方法,研究补丁粘接界面强度、补丁层数和粘接位置对开孔CFRP方管耐撞性的影响,并分析对应的压溃失效行为和粘接界面失效过程。